Gitternetzmessung durch mobile Strömungsmessungen

Prozessdaten

Messaufgabe:
Ermittlung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit über einen Querschnitt und daraus abgeleitet die Berechnung des Volumenstroms

Messstelle:
An der späteren Position der stationären Messung

Vorgabe
Schwerlinienverfahren nach DIN EN 15259 sowie DIN EN 12599 (ehemals auch VDI/VDE 2640 Blatt 3 „Netzmessungen in Strömungsquerschnitten“).

Ihr Nutzen

Steigerung der Messgenauigkeit
Verbesserung der Messgenauigkeit dank der Netzmessungen in den einzelnen Strömungsabschnitten; dadurch exakte Ermittlung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit bei schwierigen Bedingungen.

Sorglos
Sie können Höntzsch als Messdienstleister diese Messaufgabe übergeben. Sie erhalten die Auswertung mit den genauen Daten zum Volumenstrom in der jeweiligen Leitung.

Bewährt
Viele Höntzsch Kunden haben diese Messdienstleistung bereits in Anspruch genommen. Die präzisen Messungen erfolgen mit im eigenen, akkreditierten Labor kalibrierten Messmitteln.

Anwendung

In der Strömungsmesstechnik wird ein ideales, gleichmäßiges und symmetrisches Strömungsprofil zu Grunde gelegt. Dabei erfolgt die Messung der Strömungsgeschwindigkeit in der Mitte der Rohrleitung bzw. des Kanals, wo sie am größten ist. Der gemessene Wert wird zurückgeführt auf die mittlere Strömungsgeschwindigkeit, um so mit Hilfe der Querschnittsfläche den Volumenstrom zu berechnen. In der Praxis sind aufgrund baulicher Gegebenheiten vielfach unzureichende Ein- und Auslaufstrecken vorhanden. Dies führt zu unsymmetrischen Strömungsprofilen. Um dennoch eine genaue Volumenstrommessung vornehmen zu können, kann die mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch eine Netzmessung ermittelt werden. Dazu wird der Messquerschnitt in flächengleiche Elemente unterteilt und die Strömungsgeschwindigkeit in jedem Element gemessen. Die Summe aller im Gitternetz- oder Tangentialverfahren gemessenen Werte geteilt durch die Anzahl der Messstellen im Strömungsquerschnitt ergibt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit.

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Wozu dient eine Netzmessung?

Mittels Netzmessungen in Strömungsquerschnitten wird die genaue mittlere Strömungsgeschwindigkeit erfasst. Dabei gilt, je mehr Messungen pro Messquerschnitt durchgeführt werden, desto genauer ist das Ergebnis.

Verfahrenstechnische Leitungssysteme kennen mehrere Betriebszustände, für die jeweils eine separate Messung vorgenommen werden kann. Dies ist wichtig, da sich das Strömungsprofil mit dem Betriebszustand ändern kann. Auch Vorstörungen der Gasströmung in der Leitung oder dem Kanal werden so besser berücksichtigt, gleich ob es sich um kreisrunde oder um rechteckige Abgaskanäle handelt. Netzmessungen sind die Basis für effiziente und sichere Prozesse bei zunächst ungünstigen Strömungsbedingungen.

 

Wer braucht eine Netzmessung?

Alle, die ein genaues Messeergebnis für ihre Prozesssteuerung oder Auswertung erwartet, dabei aber nicht die strömungstechnisch notwendigen Ein- und Auslaufstrecken zur Verfügung haben und keine Gleichrichter einsetzen können oder wollen, benötigen eine Netzmessung. Sie ist die Voraussetzung für eine exakte stationäre Messung im laufenden Betrieb. Somit werden Netzmessung in vielen unterschiedlichen Branchen und Anwendungen durchgeführt. Unter anderem sind dies Raffinerien und Pipelines, Chemiewerke, Kraftwerksanlagen und Abgasreinigungsanlagen.

Ferner gilt dies für raumlufttechnische Anlagen, für die Steuerung der Gebäudelüftung zum Beispiel auch in pharmazeutischen oder lebensmitteltechnischen Anlagen. Solche Netzmessungen führt Höntzsch als Messdienstleister seit Jahrzehnten auch unter Ex-Bedingungen durch.

 

Was verursacht die Störungen des Gasstroms?

Durch Einbauten und Querschnittsveränderungen in einer Rohrleitung oder einem Kanal wird das Strömungsprofil gestört; so kann bereits ein einzelner Rohrbogen zu Asymmetrien führen. Weitere Quellen sind zum Beispiel Ventile, größere Messeinbauten und Schieber. Sie alle erfordern Netzmessungen an der Stelle des später stationär eingebauten Sensors.

Ideales und gestörtes Strömungsprofil
Ideales und gestörtes Strömungsprofil

So sieht eine Gitternetzmessung im Praxisbeispiel aus:

Die Abluft eines chemischen Prozesses wird mit Hilfe eines Axialgebläses über einen rechteckigen Abluftkanal ins Freie befördert. Das Gebläse ist waagerecht eingebaut, die danach folgenden Rohrleitungen beinhalten mehrere Rohrbögen und Querschnittsveränderungen. Dadurch ist ein stark gestörtes Strömungsprofil gegeben. Um die genauen Verhältnisse zu ermitteln und damit eine exakte Strömungsmessung in dem Kanal zu ermöglichen, ist eine Netzmessung erforderlich. Auf Basis der gewonnenen Messdaten erfolgt danach die Positionierung und Installation sowie das Einmessen des festinstallierten Sensors.

Rohrleitungsausschnitt mit Messstelle und Strömungsrichtung
Rohrleitungsausschnitt mit Messstelle und Strömungsrichtung

Wie erfolgt eine Netzmessung?

Im rechteckigen Abgaskanal erfolgt die Segmentierung für die Gitternetzmessung durch parallel zu den Seiten des Kanals verlaufenden Linien so, dass der Kanal in geometrisch gleiche Teilflächen aufgeteilt ist (siehe Abbildung unten). Die einzelnen Messpunkte des Verfahrens für rechteckige Abgaskanäle liegen dann jeweils in der Mitte jeder Teilfläche.

Querschnitt des Kanals mit Netzgitter
Querschnitt des Kanals mit Netzgitter

An der Messstelle sind zur mobilen Strömungsmessung zusätzliche Bohrungen für die Installation der geplanten Netzmess-Punkte einzubringen. Die Bohrungen müssen so gesetzt werden, dass die Messpunkte

a) in den Segmenten der Netzmessung erreicht werden und
b) den Strömungsquerschnitt abbilden.

Um die Anzahl der Bohrungen gering zu halten, werden diese auf der kürzeren Seite des Rechtecks angebracht.

 

Unterschiedliche Betriebszustände

Wichtig ist die Kenntnis der möglichen Betriebszustände. Im vorliegenden Beispiel wird der Motor des Gebläses über einen Frequenzumrichter betrieben. In der Gebläse-Steuerung sind drei verschiedene Frequenzen hinterlegt. Für jeden Betriebszustand ist folglich eine separate Messung durchzuführen.

 

Durchführung der Gitternetzmessung

Die mobile Strömungsmessung erfolgt als Gitternetzmessung mit dem Flügelradsensor ZS25 und einem Handmessgerät. Dazu wird die Sonde in die vorbereiteten seitlichen Öffnungen des Abgaskanals eingebracht. Jeder vorher definierte Messpunkt des Querschnittes wird angefahren und dort die Strömung gemessen.

Die erfassten Werte werden in einer Tabelle zusammengetragen und ausgewertet. Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich aus der Summe aller Einzelwerte geteilt durch die Anzahl der Messpunkte:

Das Strömungsprofil des zu untersuchenden rechteckigen Abgaskanals ist nachfolgend normiert grafisch dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass sich eine sehr unsymmetrische Verteilung der Strömung einstellt.

Die Gitternetzmessungen in den Strömungsquerschnitten wird für jeden Betriebspunkt durchgeführt, um eine zutreffende Bewertung der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten.

Zur Installation des Sensors im dann „repräsentativen“ Messpunkt wird für die Einbauposition des stationären Durchfluss-Sensors ein sogenannter Profilfaktor ermittelt. Aus der lokalen Strömungsgeschwindigkeit lässt sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit errechnen.

Vortex Eintauchfühler mit ATEX und Zulassung bis SIL3
Vortex Eintauchfühler mit ATEX und Zulassung bis SIL3

Welche weiteren Methoden von Netzmessung in Kanälen und Rohrleitungen gibt es?

Für die Netzmessung in einem runden Rohr wird der Messquerschnitt, im sogenannten Tangentialverfahren, in ebenfalls gleiche Teilflächen aufgeteilt. Die Messpunkte im Tangentialverfahren liegen jeweils in der Mitte von zwei oder mehr Kreisdurchmessern, die als Messachse dienen. Die Rohrmitte wird hier bewusst nicht berücksichtigt.

Im Schwerlinienverfahren für Netzmessungen in Kreisquerschnitten wird der Kreiskanalquerschnitt in flächengleiche Kreisringe eingeteilt, wobei sich der Messort der mobilen Strömungsmessung auf der Schwerlinie des Kreisringes befindet. Die Auswertung der Messung erfolgt über arithmetische Mittelwertbildung der einzelnen Messwerte.

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